专利名称：一种双馈变流器的储能方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，尤其是兆瓦级双馈型风力发电机组储能并网技术。
背景技术：
已知的技术是在电网电压跌落情况下，风电机组中的双馈感应发电机会导致转子 侧过流，同时转子侧电流的迅速增加会导致转子励磁变流器直流侧电压升高，发电机励磁 变流器的电流以及有功和无功都会产生振荡。这是因为双馈感应发电机在电网电压瞬间 跌落的情况下，定子磁链不能跟随定子端电压突变，从而会产生直流分量，由于积分量的减 小，定子磁链几乎不发生变化，而转子继续旋转，会产生较大的滑差，这样便会引起转子绕 组的过压、过流。如果电网出现的是不对称故障的话，会使转子过压与过流的现象更加严 重，因为在定子电压中含有负序分量，而负序分量可以产生很高的滑差。过流会损坏转子励 磁变流器，而过压会使发电机的转子绕组绝缘击穿。为了保护发电机励磁变流器，采用过 压、过流保护措施是必须的，这就是传统的转子短路保护技术(Crowbar保护)，在检测到电 网系统故障出现电压跌落时，闭锁双馈感应发电机励磁变流器，同时投入转子回路的旁路 (释能电阻)保护装置，达到限制通过励磁变流器的电流和转子绕组过电压的作用，以此来 维持发电机不脱网运行。采用Crowbar电路的转子短路保护技术存在这样一些缺点首先， 需要增加新的保护装置从而增加了系统成本；另外，电网故障时，虽然励磁变流器和转子绕 组得到了保护，但此时按感应电动机方式运行的机组将从系统中吸收大量的无功功率，这 将导致电网电压稳定性的进一步恶化，而且传统的Crowbar保护电路的投切操作会对系统 产生暂态冲击；最后，保护装置是将故障期间的风力产生的电能白白用电阻烧掉，无法回收 利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种双馈变流器的储能方法，在风能波动的状 况下，不仅抑制风电场产生电压波动，还将有效降低有功功率振荡幅值、缩短有功功率振荡 的和时间，从而提供平滑风电功率输出，为风电机组顺利并网创造良好的条件。为解决上述技术问题，本发明的技术方案是一种双馈变流器的储能方法，所述双 馈变流器包括转子侧变换器、网侧变换器，所述转子侧变换器直流端与网侧变换器直流端 连接，所述转子侧变换器交流端与双馈发电机组的转子相连，所述转网侧变换器交流端与 双馈发电机组的定子相连，所述双馈发电机组的定子通过变压器与电网相连；其特征在于 所述转子侧变换器和网侧变换器之间直流母线上设有电池储能系统，在检测到转子侧过流 和过压的情况下，系统主控单元控制转子侧变换器反转，对电池储能系统进行快速充电，将 能量储存起来，同时网侧变换器提供维持定子侧励磁所需电流，也向电网提供无功补偿，以 对电网电压跌落提供支撑；对于由于不平衡引起的定子侧的直流分量和定子侧过流，则系 统主控单元控制网侧变换器将直流能量储存到电池储能系统。作为改进，所述电池储能系统包括电池管理子系统、化学电池、双向斩波DC-DC转换器，所述化学电池通过双向斩波DC-DC转换器连通双馈变流器的直流母线，进而与转子 侧变换器和网侧变换器进行电能量的交换；所述系统主控单元通过控制电池管理子系统和 双向斩波DC-DC转换器对化学电池的电压、电流、充放电速度、过压、过流的控制。作为改进，所述储能电池为钒液流电池，采用全钒氧化还原液流电池(Vanadium Redox Battery, VRB)作为存储介质，具有明显的优越性钒电池能够提供短时脉冲来捕捉 溢出风并平滑波动；可以提供连续的无功补偿从而省去静态补偿装置；安全性高全钒液 流电池正、负极活性物质均为钒，只是价态不同，这样保证了充放电时无其它电池常有的物 相变化，钒电池无潜在的爆炸或着火危险，即使将正、负极电解液混合也无危险，只是电解 液温度略有升高；寿命长钒电池可以几乎无限制地多次充放电(2万次)，不存在电池一致 性的难题在大型储能中，铅酸和锂电池等方式都要突破电池一致性的难题，而这往往会带 来成本的成倍上升；容量大容量由电解液的体积和浓度决定，可达吉瓦时以上；能量的存 储量可以很精确地直接读出；选址自由度大，钒电池可全自动封闭运行，无污染，维护简单， 运营成本低。作为改进，设有静态补偿装置，所述双馈发电机组通过静态补偿装置分别与转子 侧变换器和网侧变换器连接。具有灵活的4象限调节能力即能在容性放电、容性充电、感 性放电、感性充电四个象限范围类能动态实时、独立地双向调节系统的无功功率、有功功率 的输出和吸收。本发明与现有技术相比所带来的有益效果是通过控制储能电池的快速充放电过程，解决减少风电对电网的冲击，将不稳定的 电能输入变为连续、安全可靠的电能输出，提高风电的电能质量，极大改善目前风电产业的 并网难的问题，改善电网安全性和可靠性，大幅度提高风电场电力的使用率。该项目也可以 完整体现储能技术在智能电网削峰填谷方面的作用，特别是储能对风电和光伏发电电能质 量改善的作用，对节能减排的贡献不可估量。
图1为双馈型变流器储能保护系统示意图；图2为双馈型型流器储能保护能量转移示意图；图3为电池储能系统示意图。
具体实施例方式下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。如图1至3所示，一种双馈变流器的储能方法，所述双馈变流器包括转子侧变换 器、网侧变换器，所述转子侧变换器直流端与网侧变换器直流端连接，所述转子侧变换器交 流端与双馈发电机组的转子相连，所述转网侧变换器交流端与双馈发电机组的定子相连， 所述双馈发电机组的定子通过变压器与电网相连；其特征在于所述转子侧变换器和网侧 变换器之间设有电池储能系统，在检测到转子侧过流和过压的情况下，系统主控单元控制 转子侧变换器反转，对电池储能系统进行快速充电，将能量储存起来，同时网侧变换器提供 维持定子侧励磁所需电流，也向电网提供无功补偿，以对电网电压跌落提供支撑；对于由于 不平衡引起的定子侧的直流分量和定子侧过流，则系统主控单元控制网侧变换器将直流能量储存到电池储能系统。设有静态补偿装置，所述双馈发电机组通过静态补偿装置分别与转子侧变换器和 网侧变换器连接。具有灵活的4象限调节能力即能在容性放电、容性充电、感性放电、感性 充电四个象限范围类能动态实时、独立地双向调节系统的无功功率、有功功率的输出和吸 收。如图1所示，钒液流电池能和风能发电系统20年服役期相匹配的储能介质，通过 控制电池的快速充放电过程来保护双馈风电机组通过机端电压骤降至15%的低电压穿越、 三相不平衡等，即电网故障时候风机捕获的能量仍然能够被VR-BESS储能电池系统快速吸 收，在625毫秒内按风机的额定功率吸收，同时在故障解除后3秒钟的时间内恢复到额定电 压的90%以上，能够更连续、更有效地补偿系统中的有功功率和无功功率。如图2所示，系统在检测到转子测过流和过压的条件下，控制转子侧变换器反转， 对电池系统快速充电，将能量储存起来，同时网侧变换器提供维持定子侧励磁所需电流，如 图2实线箭头所示，也提供无功补偿如图2中箭头JQ方向，以对电网电压跌落提供支撑。对 于由于不平衡引起的定子侧的直流分量和定子侧过流，则通过控制网侧变换器将直流能量 储存到电池系统里，如图2虚线箭头所示。
权利要求
一种双馈变流器的储能方法，所述双馈变流器包括转子侧变换器、网侧变换器，所述转子侧变换器直流端与网侧变换器直流端连接，所述转子侧变换器交流端与双馈发电机组的转子相连，所述转网侧变换器交流端与双馈发电机组的定子相连，所述双馈发电机组的定子通过变压器与电网相连；其特征在于所述转子侧变换器和网侧变换器之间的直流母线上设有电池储能系统，在检测到转子侧过流和过压的情况下，系统主控单元控制转子侧变换器反转，对电池储能系统进行快速充电，将能量储存起来，同时网侧变换器提供维持定子侧励磁所需电流，也向电网提供无功补偿，以对电网电压跌落提供支撑；对于由于不平衡引起的定子侧的直流分量和定子侧过流，则系统主控单元控制网侧变换器将直流能量储存到电池储能系统。
2.根据权利要求1所述的一种双馈变流器的储能方法，其特征在于所述电池储能系 统包括电池管理子系统、化学电池、双向斩波DC-DC转换器，所述化学电池通过双向斩波 DC-DC转换器连通双馈变流器的直流母线，进而与转子侧变换器和网侧变换器进行电能量 的交换；所述系统主控单元通过控制电池管理子系统和双向斩波DC-DC转换器对化学电池 的电压、电流、充放电速度、过压、过流的控制。
3.根据权利要求2所述的一种双馈变流器的储能方法，其特征在于所述化学电池为 全钒氧化还原液流电池。
4.根据权利要求1所述的一种双馈变流器的储能方法，其特征在于设有静态补偿装 置，所述双馈发电机组通过静态补偿装置分别与转子侧变换器和网侧变换器连接。
全文摘要
一种双馈变流器的储能方法，所述双馈变流器包括转子侧变换器、网侧变换器，所述转子侧变换器直流端与网侧变换器直流端连接，所述转子侧变换器交流端与双馈发电机组的转子相连，所述转网侧变换器交流端与双馈发电机组的定子相连，所述双馈发电机组的定子通过变压器与电网相连；其特征在于所述转子侧变换器和网侧变换器之间设有储能电池，在检测到转子侧过流和过压的情况下，控制转子侧变换器反转，对储能电池进行快速充电，将能量储存起来，同时网侧变换器提供维持定子侧励磁所需电流，也向电网提供无功补偿，以对电网电压跌落提供支撑；对于由于不平衡引起的定子侧的直流分量和定子侧过流，则控制网侧变换器将直流能量储存到储能电池里。
文档编号H02J15/00GK101888094SQ20101022281
公开日2010年11月17日 申请日期2010年7月9日 优先权日2010年7月9日
发明者阮海明 申请人:深圳市科陆电子科技股份有限公司